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JP7613170B2 - How to create a filler model - Google Patents
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Description

本発明は、フィラーモデルを作成するための方法に関する。 The present invention relates to a method for creating a filler model.

近年、ゴム配合等の高分子材料の開発のために、フィラーと高分子材料とからなる複合材料の性質を、コンピュータを用いて評価するためのシミュレーション方法(数値計算)が種々提案されている。この種のシミュレーション方法では、フィラーをモデル化したフィラーモデルが作成されている(例えば、下記の特許文献1参照)。 In recent years, various simulation methods (numerical calculations) have been proposed to evaluate the properties of composite materials consisting of fillers and polymeric materials using computers in order to develop polymeric materials such as rubber compounds. In this type of simulation method, a filler model is created that models the filler (see, for example, Patent Document 1 below).

特許第5913260号公報Patent No. 5913260

上記の特許文献1の方法では、高分子材料の3次元画像に基づいて、複数のフィラー粒子モデルを面心立方格子状等の結晶格子状に配置し、かつ、互いに結合して、フィラーモデルが作成されている。このため、フィラーモデルの外面が、規則的な階段状に形成されてしまい、本来のフィラーでは生じないような挙動がシミュレーション上で発生するという問題があった。このような問題を解決するために、フィラーモデルの外面を構成するフィラー粒子モデルを、不規則に配置することが考えられるが、そのようなフィラーモデルの作成には多くの計算時間を要するという問題があった。 In the method of Patent Document 1, multiple filler particle models are arranged in a crystal lattice pattern, such as a face-centered cubic lattice pattern, based on a three-dimensional image of a polymeric material, and are then bonded together to create a filler model. This causes the outer surface of the filler model to be formed in a regular stepped pattern, which creates a problem in that behavior in the simulation does not occur with the original filler. To solve this problem, it is possible to arrange the filler particle models that make up the outer surface of the filler model in an irregular manner, but there is a problem in that creating such a filler model requires a long calculation time.

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、フィラーの外面を適切に表現することが可能なフィラーモデルを短時間で作成可能な方法を提供することを主たる目的としている。 The present invention was devised in consideration of the above-mentioned circumstances, and its main objective is to provide a method for quickly creating a filler model that can properly represent the outer surface of the filler.

本発明は、フィラーの数値解析用のフィラーモデルを作成するための方法であって、コンピュータに、前記フィラーが存在する領域であるフィラー領域を入力する工程と、前記コンピュータに、複数の粒子モデルが不規則に配置されたアモルファス構造モデルを入力する工程とを含み、前記コンピュータが、前記フィラー領域全体を含むフィラー用仮想空間を定義する工程と、前記フィラー用仮想空間の内部に、複数の前記アモルファス構造モデルを配置する工程と、前記フィラー領域の外部に存在する前記粒子モデルを削除して、前記フィラーモデルを作成する工程とを含むことを特徴とする。 The present invention is a method for creating a filler model for numerical analysis of a filler, comprising the steps of inputting a filler region, which is a region in which the filler exists, into a computer, and inputting an amorphous structure model in which a plurality of particle models are irregularly arranged into the computer, and the steps of the computer defining a virtual space for filler that includes the entire filler region, arranging the plurality of amorphous structure models inside the virtual space for filler, and deleting the particle models that exist outside the filler region to create the filler model.

本発明に係る前記フィラーモデルの作成方法において、前記フィラーモデルを作成する工程の後に、前記コンピュータが、前記フィラーモデルの内部の前記粒子モデルの充填率が、前記フィラーモデルの外層の前記粒子モデルの充填率よりも小さくなるように、前記フィラーモデルを改造する工程をさらに含んでもよい。 The filler model creation method according to the present invention may further include, after the step of creating the filler model, a step in which the computer modifies the filler model so that the filling rate of the particle model inside the filler model is smaller than the filling rate of the particle model in the outer layer of the filler model.

本発明に係る前記フィラーモデルの作成方法において、前記フィラーモデルを改造する工程は、前記フィラーモデルの外層の充填率よりも小さい結晶構造に基づいて、前記フィラーモデルの内部の前記粒子モデルを配置する工程を含んでもよい。 In the method for creating the filler model according to the present invention, the step of modifying the filler model may include a step of arranging the particle model inside the filler model based on a crystal structure having a smaller filling rate than the outer layer of the filler model.

本発明に係る前記フィラーモデルの作成方法において、前記フィラーモデルを作成する工程は、前記フィラー領域からはみ出した前記粒子モデルを削除した後に、隣接する前記粒子モデルを結合する工程を含んでもよい。 In the filler model creation method according to the present invention, the step of creating the filler model may include a step of deleting the particle models that extend outside the filler region, and then combining adjacent particle models.

本発明のフィラーモデルの作成方法は、上記の構成を備えることにより、フィラーの外面を適切に表現したフィラーモデルを短時間で作成することが可能となる。 The filler model creation method of the present invention, by having the above-mentioned configuration, makes it possible to create a filler model that properly represents the outer surface of the filler in a short period of time.

フィラーモデルの作成方法に用いられるコンピュータの一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a computer used in a method for creating a filler model. フィラーモデルの作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing an example of a processing procedure of a filler model creating method. (a)、(b)は、フィラー領域及びフィラー用仮想空間の一例を示す概念図である。13A and 13B are conceptual diagrams showing an example of a filler region and a filler virtual space. アモルファス構造モデルの一例を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of an amorphous structure model. 複数のアモルファス構造モデルが配置されたフィラー用仮想空間の一例を示す概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram showing an example of a virtual space for a filler in which a plurality of amorphous structure models are arranged. フィラーモデルの一例を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a filler model. 本発明の他の実施形態のフィラーモデルの作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing an example of a processing procedure of a filler model creation method according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態のフィラーモデルの一例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a filler model according to another embodiment of the present invention. ポリブタジエンの構造式である。This is the structural formula of polybutadiene. 高分子材料のシミュレーション方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing an example of a processing procedure of a simulation method for a polymer material. 高分子材料モデルの一例を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a polymer material model. 外面が規則的な階段状に形成されたフィラーモデルの一例を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a filler model whose outer surface is formed in a regular stepped pattern.

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態のフィラーモデルの作成方法(以下、単に「作成方法」ということがある。)では、フィラーの数値解析用のモデル(フィラーモデル)が作成される。この作成方法で作成されたフィラーモデルは、後述の高分子材料のシミュレーション方法(以下、単に「シミュレーション方法」ということがある。)に用いられる。本実施形態において、作成方法及びシミュレーション方法には、コンピュータが用いられる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the filler model creation method of this embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as the "creation method"), a model for numerical analysis of the filler (filler model) is created. The filler model created by this creation method is used in the polymer material simulation method described below (hereinafter, sometimes simply referred to as the "simulation method"). In this embodiment, a computer is used in the creation method and the simulation method.

図1は、フィラーモデルの作成方法に用いられるコンピュータ1の一例を示す斜視図である。コンピュータ1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含んで構成される。この本体1aには、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリー、磁気ディスクなどの記憶装置及びディスクドライブ装置1a1、1a2などが設けられる。なお、記憶装置には、本実施形態の作成方法及びシミュレーション方法を実行するための処理手順(プログラム)が、予め記憶されている。 Figure 1 is a perspective view showing an example of a computer 1 used in the filler model creation method. The computer 1 includes a main body 1a, a keyboard 1b, a mouse 1c, and a display device 1d. The main body 1a is provided with a central processing unit (CPU), a ROM, a working memory, a storage device such as a magnetic disk, and disk drive devices 1a1 and 1a2. The storage device stores in advance the processing procedures (programs) for executing the creation method and simulation method of this embodiment.

フィラーは、例えば、シリカ、カーボンブラック及びアルミナ等である。本実施形態のフィラーは、球状である場合が例示される。フィラーは、例えば、球状の一次粒子が複数結合した凝集体や、それらが凝集した凝集塊として、高分子材料内に分散される。 The filler is, for example, silica, carbon black, alumina, etc. In this embodiment, the filler is, for example, spherical. The filler is dispersed in the polymer material, for example, as an aggregate in which multiple spherical primary particles are bonded together, or as an agglomerate in which these particles are aggregated.

図2は、フィラーモデルの作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の作成方法では、先ず、コンピュータ1に、フィラーが存在する領域であるフィラー領域17が入力される(工程S1)。フィラー領域17は、本実施形態の作成方法によって作成されるフィラーモデル10において、後述の粒子モデル11が配置されうる領域に対応するものである。図3(a)、(b)は、フィラー領域17及びフィラー用仮想空間6の一例を示す概念図である。 Figure 2 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the filler model creation method. In the creation method of this embodiment, first, a filler region 17, which is a region where filler exists, is input to the computer 1 (step S1). The filler region 17 corresponds to a region in which a particle model 11, described below, can be placed in the filler model 10 created by the creation method of this embodiment. Figures 3(a) and (b) are conceptual diagrams showing an example of the filler region 17 and the virtual space 6 for filler.

フィラー領域17の形状等については、適宜設定することができる。フィラー領域17の形状は、例えば、3DTEM観察によって特定された実際のフィラーの三次元構造に基づいて設定されてもよい。工程S1では、例えば、三次元構造を、縦、横及び高さがそれぞれ等間隔となるように分割した部分領域の集まりから、フィラーが存在する部分領域の組が全て選択され、かつ、それらの全体がフィラー領域17として入力されてもよい。なお、フィラー領域17は、連続した一つの塊である必要はなく、孤立した複数の凝集体や、凝集塊などの高次構造を含んでいてもよい。 The shape of the filler region 17 can be set as appropriate. The shape of the filler region 17 may be set based on the actual three-dimensional structure of the filler identified by 3DTEM observation, for example. In step S1, for example, from a collection of partial regions obtained by dividing the three-dimensional structure so that the length, width, and height are equally spaced, all sets of partial regions in which the filler exists may be selected, and the entire set may be input as the filler region 17. Note that the filler region 17 does not need to be a single continuous mass, and may include multiple isolated aggregates or higher-order structures such as aggregates.

図3に示されるように、本実施形態では、フィラー領域17が、一定の粒径を持つ1つ以上の一次粒子(一次粒子をモデリングした一次粒子モデル5)が配置されたものとして表される場合が例示される。図3(a)に示されるように、例えば、フィラーモデル10が1つの一次粒子モデル5で構成される場合、1つの球状の領域としてフィラー領域17が定義される。一方、図3(b)に示されるように、例えば、フィラーモデル10が複数の一次粒子モデル5で構成される場合、フィラー領域17は、複数の一次粒子を結合して構成された凝集体が、複数孤立して配置されたものとして定義される。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the filler region 17 is represented as an arrangement of one or more primary particles (primary particle model 5 modeling the primary particles) having a certain particle size. As shown in FIG. 3(a), for example, when the filler model 10 is composed of one primary particle model 5, the filler region 17 is defined as one spherical region. On the other hand, as shown in FIG. 3(b), for example, when the filler model 10 is composed of multiple primary particle models 5, the filler region 17 is defined as multiple isolated aggregates composed of multiple primary particles bonded together.

本実施形態のフィラー領域17は、図3に示した一次粒子モデル5の粒径D1と、各一次粒子モデル5の重心位置との組として入力される。このとき、フィラー領域17は、各一次粒子モデル5の重心からの距離が粒径D1の半分以下となる球状の領域を、全ての一次粒子モデル5について包含した領域として定義される。なお、フィラー領域17には、複数の一次粒子モデル5の球状の領域同士の重なりがあってもよい。このような場合は、それらの一次粒子モデル5同士が結合した凝集体とみなされる。なお、重なりが小さすぎる場合には、フィラー領域17に粒子モデル11を配置した後に、互いに結合する一次粒子モデル5、5間において、それらの粒子モデル11、11同士が隣接しない(離間している)という問題が発生しうる。このような問題を避けるために、結合した一次粒子モデル5、5同士の重なりの大きさ(厚み)は、粒子モデル11の直径よりも十分に大きいことが望ましい。 The filler region 17 in this embodiment is input as a pair of the particle diameter D1 of the primary particle model 5 shown in FIG. 3 and the center of gravity position of each primary particle model 5. At this time, the filler region 17 is defined as a region that includes, for all primary particle models 5, a spherical region in which the distance from the center of gravity of each primary particle model 5 is half or less of the particle diameter D1. Note that the filler region 17 may include overlapping spherical regions of multiple primary particle models 5. In such a case, the primary particle models 5 are considered to be aggregates in which the primary particle models 5 are bonded to each other. Note that if the overlap is too small, after the particle models 11 are placed in the filler region 17, a problem may occur in which the particle models 11, 11 are not adjacent to each other (are spaced apart) between the primary particle models 5, 5 that are bonded to each other. In order to avoid such a problem, it is desirable that the size (thickness) of the overlap between the bonded primary particle models 5, 5 is sufficiently larger than the diameter of the particle model 11.

本実施形態のフィラーモデル10は、主として、図3(a)に示した1つの一次粒子モデル5で構成される場合が例示される。このため、工程S1では、フィラー用仮想空間6の内部に、1つの一次粒子モデル5からなるフィラー領域17が定義される。本実施形態のフィラー領域17には、球状の一次粒子モデル5の粒径D1と、及び、一次粒子モデル5の重心位置とが定義される。フィラー領域17は、コンピュータ1に記憶される。 The filler model 10 of this embodiment is exemplified as being mainly composed of one primary particle model 5 shown in FIG. 3(a). Therefore, in step S1, a filler region 17 consisting of one primary particle model 5 is defined inside the filler virtual space 6. In the filler region 17 of this embodiment, the particle diameter D1 of the spherical primary particle model 5 and the position of the center of gravity of the primary particle model 5 are defined. The filler region 17 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1に、アモルファス構造モデル22が入力される(工程S2)。アモルファス構造モデル22は、後述のアモルファス用仮想空間19に、複数の粒子モデル11が不規則に配置された(充填された)ものである。図4は、アモルファス構造モデル22の一例を示す概念図である。 Next, in the creation method of this embodiment, an amorphous structure model 22 is input to the computer 1 (step S2). The amorphous structure model 22 is a virtual space 19 for amorphous structure described below in which a plurality of particle models 11 are irregularly arranged (filled). FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of the amorphous structure model 22.

本実施形態の工程S2では、先ず、コンピュータ1に、アモルファス構造モデル22の内部に配置される粒子モデル(粗視化粒子モデル)11の直径D2が入力される。この直径D2に基づいて、粒子モデル11が適宜定義されうる。 In step S2 of this embodiment, first, the diameter D2 of the particle model (coarse-grained particle model) 11 to be placed inside the amorphous structure model 22 is input to the computer 1. The particle model 11 can be appropriately defined based on this diameter D2.

本実施形態の粒子モデル11は、フィラーを構成する原子の集団を粗視化したものである。粒子モデル11は、後述の分子動力学計算において、運動方程式の質点として取り扱われる。即ち、粒子モデル11には、質量、体積、直径D2、電荷又は初期座標などのパラメータが定義される。粒子モデル11(直径D2)は、コンピュータ1に入力される。 The particle model 11 in this embodiment is a coarse-grained group of atoms that make up the filler. The particle model 11 is treated as a mass point in the equation of motion in the molecular dynamics calculation described below. That is, parameters such as mass, volume, diameter D2, charge, and initial coordinates are defined for the particle model 11. The particle model 11 (diameter D2) is input to the computer 1.

次に、本実施形態の工程S2では、コンピュータ1に、アモルファス用仮想空間19が入力される。アモルファス用仮想空間19は、例えば、周期境界条件が定義され、かつ、空間に隙間なく敷き詰めることができるような立体形状が、適宜定義される。 Next, in step S2 of this embodiment, the amorphous virtual space 19 is input to the computer 1. The amorphous virtual space 19 has, for example, periodic boundary conditions defined, and a three-dimensional shape that can be filled in the space without gaps is appropriately defined.

本実施形態のアモルファス用仮想空間19は、互いに向き合う三対のアモルファス用平面20、20を有する立方体として定義されている。各アモルファス用平面20には、周期境界条件が定義されている。したがって、アモルファス用仮想空間19は、一方のアモルファス用平面20と、反対側のアモルファス用平面20とが連続している(繋がっている)ものとして取り扱われる。 In this embodiment, the amorphous virtual space 19 is defined as a cube having three pairs of amorphous planes 20, 20 that face each other. A periodic boundary condition is defined for each amorphous plane 20. Therefore, the amorphous virtual space 19 is treated as one amorphous plane 20 being continuous (connected) with the amorphous plane 20 on the opposite side.

アモルファス用仮想空間19の一辺の長さ(アモルファス用長さ)Lcについては、適宜設定することができる。なお、アモルファス用長さLcが大きいほど、アモルファス用仮想空間19に配置される粒子モデル11の個数が増加し、アモルファス構造モデル22の作成時間が長くなる傾向がある。このため、アモルファス用長さLcは、フィラー用長さLa(図3(a)及び(b)に示す)の大きさの半分以下となるように、十分に小さい値に設定されるのが望ましい。これにより、工程S2で入力されるアモルファス構造モデル22の作成時間を短縮することができ、ひいては、フィラーモデル10の作成時間を短縮することができる。 The length of one side of the amorphous virtual space 19 (amorphous length) Lc can be set as appropriate. Note that the larger the amorphous length Lc, the more particle models 11 are placed in the amorphous virtual space 19, and the longer it takes to create the amorphous structure model 22. For this reason, it is desirable to set the amorphous length Lc to a sufficiently small value that is less than half the size of the filler length La (shown in Figures 3(a) and (b)). This makes it possible to shorten the time required to create the amorphous structure model 22 input in step S2, and thus shorten the time required to create the filler model 10.

一方、アモルファス用長さLcが短いほど、粒子モデル11を配置可能な個数が小さくなる。とりわけ、アモルファス用長さLcが極端に短い場合には、粒子モデル11を不規則に配置することが困難となる。この場合、後述のアモルファス構造モデルを配置する工程S4(図2に示す)において、このようなアモルファス構造モデル22が繰り返し(多数)並べられると、フィラーモデル10(図6に示す)の外面がより規則的になる場合がある。このような観点より、アモルファス構造の予め定められた充填率(例えば、60%~68%)において、粒子モデル11の個数が50個以上となるように、アモルファス用長さLcが十分に大きな値に設定されるのが望ましい。 On the other hand, the shorter the amorphous length Lc, the smaller the number of particle models 11 that can be arranged. In particular, if the amorphous length Lc is extremely short, it becomes difficult to arrange the particle models 11 irregularly. In this case, if such amorphous structure models 22 are arranged repeatedly (in large numbers) in step S4 (shown in FIG. 2) of arranging the amorphous structure models described below, the outer surface of the filler model 10 (shown in FIG. 6) may become more regular. From this perspective, it is desirable to set the amorphous length Lc to a sufficiently large value so that the number of particle models 11 is 50 or more at a predetermined filling rate of the amorphous structure (for example, 60% to 68%).

このような値にアモルファス用長さLcが設定されることにより、アモルファス用長さLcが必要以上に小さくなるのを防ぐことができる。これにより、工程S2では、アモルファス用仮想空間19の内部に、粒子モデル11が不規則に配置されたアモルファス構造モデル22を作成することが容易となる。さらに、アモルファス構造モデル22が繰り返し並べられることに起因して、フィラーモデル10(図6に示す)の外面が規則性になる影響を、十分に小さくすることができる。 By setting the amorphous length Lc to such a value, it is possible to prevent the amorphous length Lc from becoming smaller than necessary. This makes it easy to create an amorphous structure model 22 in which particle models 11 are irregularly arranged inside the amorphous virtual space 19 in step S2. Furthermore, the effect of the outer surface of the filler model 10 (shown in FIG. 6) becoming regular due to the repeated arrangement of the amorphous structure models 22 can be sufficiently reduced.

また、フィラー用平面7(図3(a)に示す)に周期境界条件が定義されている場合には、後述のアモルファス構造モデル22を配置する工程S4(図2に示す)において、アモルファス構造モデル22が一次元的に整数回並べられた集合体(フィラーモデル10)の大きさが、フィラー用長さLaに十分に近づくように、アモルファス用長さLcが設定されるのが望ましい。このため、アモルファス用長さLcには、フィラー用長さLaを、2以上の整数で除した値に設定されるのが望ましい。 In addition, when a periodic boundary condition is defined on the filler plane 7 (shown in FIG. 3(a)), in step S4 (shown in FIG. 2) of arranging the amorphous structure model 22 described below, it is desirable to set the amorphous length Lc so that the size of the assembly (filler model 10) in which the amorphous structure models 22 are arranged one-dimensionally an integer number of times is sufficiently close to the filler length La. For this reason, it is desirable to set the amorphous length Lc to a value obtained by dividing the filler length La by an integer of 2 or more.

次に、本実施形態の工程S2では、アモルファス用仮想空間19内に、複数の粒子モデル11が配置される。粒子モデル11の粒子数は、適宜定義される。粒子モデル11の粒子数は、例えば、アモルファス構造の充填率(例えば、60%~68%)となるように選ばれてもよい。 Next, in step S2 of this embodiment, multiple particle models 11 are placed in the amorphous virtual space 19. The number of particles in the particle model 11 is defined appropriately. The number of particles in the particle model 11 may be selected so as to be the filling rate of the amorphous structure (e.g., 60% to 68%), for example.

粒子モデル11は、適宜配置される。本実施形態では、先ず、粒子モデル11、11間の重なりを許して、アモルファス用仮想空間19に、複数の粒子モデル11がランダムに配置される。次に、本実施形態では、論文1(Kurt Kremer & Gary S. Grest 著「Dynamics of entangled linear polymer melts: A molecular-dynamics simulation」、J. Chem Phys. vol.92, No.8, 15 April 1990)に記載の式2.4の力場を用いて、体積一定の分子動力学計算が実施された後に、粒子モデル(粗視化粒子モデル)11、11間の重なりが除去される。 The particle models 11 are appropriately arranged. In this embodiment, first, multiple particle models 11 are randomly arranged in the amorphous virtual space 19, allowing overlap between the particle models 11, 11. Next, in this embodiment, a constant volume molecular dynamics calculation is performed using the force field of formula 2.4 described in Paper 1 (Kurt Kremer & Gary S. Grest, "Dynamics of entangled linear polymer melts: A molecular-dynamics simulation", J. Chem Phys. vol.92, No.8, 15 April 1990), and then the overlap between the particle models (coarse-grained particle models) 11, 11 is removed.

次に、本実施形態の工程S2では、論文1に記載されている式A1の力場を用いて、体積一定の分子動力学計算が実施される。そして、粒子モデル(粗視化粒子モデル)11の液体状態が作成され、さらに、同じ力場を用いてポテンシャルエネルギー最小化の計算が実施されることにより、粒子モデル11の配置が作成されうる。なお、上述の方法が用いられる代わりに、剛体球の分子動力学法やモンテカルロ法による計算が実施されることにより、粒子モデル11の配置が作成されてもよい。 Next, in step S2 of this embodiment, a constant volume molecular dynamics calculation is performed using the force field of formula A1 described in paper 1. Then, a liquid state of the particle model (coarse-grained particle model) 11 is created, and the same force field is used to perform a potential energy minimization calculation, so that the arrangement of the particle model 11 can be created. Note that instead of using the above-mentioned method, the arrangement of the particle model 11 may be created by performing a calculation using the molecular dynamics method of hard spheres or the Monte Carlo method.

分子力学計算(分子動力学計算)は、例えば(株)JSOL社製のソフトマテリアル総合シミュレーター(J-OCTA)に含まれるCOGNACを用いて処理することができる。 Molecular mechanics calculations (molecular dynamics calculations) can be performed, for example, using COGNAC, which is included in the Soft Material Integrated Simulator (J-OCTA) manufactured by JSOL Co., Ltd.

本実施形態の工程S2では、上記のような方法に基づいて、アモルファス用仮想空間19内に、複数の粒子モデル11が不規則に配置されることにより、アモルファス構造モデル22が入力される。アモルファス用仮想空間19及びアモルファス構造モデル22は、コンピュータ1に記憶される。 In step S2 of this embodiment, the amorphous structure model 22 is input by randomly arranging multiple particle models 11 in the amorphous virtual space 19 based on the above-mentioned method. The amorphous virtual space 19 and the amorphous structure model 22 are stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1に、フィラーモデルを作成するためのフィラー用仮想空間(仮想空間)6が入力される(工程S3)。図3に示されるように、本実施形態のフィラー用仮想空間6は、フィラー領域17の全体を含むように定義される。なお、フィラー用仮想空間6の形状や大きさについては、フィラー領域17の全体が含まれていれば、適宜定義されうる。 Next, in the creation method of this embodiment, a filler virtual space (virtual space) 6 for creating a filler model is input to the computer 1 (step S3). As shown in FIG. 3, the filler virtual space 6 of this embodiment is defined so as to include the entire filler region 17. The shape and size of the filler virtual space 6 can be defined as appropriate as long as it includes the entire filler region 17.

本実施形態のフィラー用仮想空間6は、例えば、フィラー領域17のx軸方向の長さ、y軸方向の長さ、及び、z軸方向の長さに、2つ分の一次粒子モデル5の粒径D1をそれぞれ足し合わせた長さを有する(すなわち、フィラー領域17のx座標、y座標及びz座標の上限値及び下限値それぞれを、一次粒子モデル5の粒径D1の幅だけ広げた)直方体の領域として定義されてもよい。また、フィラー領域17の一次粒子モデル5が配置されている座標系に、周期境界条件が課されている場合には、周期境界条件の課された座標系全体が、フィラー用仮想空間6として定義されてもよい。この時、フィラー領域17の入力と共に、フィラー用仮想空間6を定義するために必要な周期境界条件が入力されてもよい。 The filler virtual space 6 in this embodiment may be defined as a rectangular parallelepiped region having a length obtained by adding the particle diameter D1 of two primary particle models 5 to the length of the filler region 17 in the x-axis direction, the length of the filler region 17 in the y-axis direction, and the length of the filler region 17 in the z-axis direction (i.e., the upper and lower limits of the x-, y-, and z-coordinates of the filler region 17 are each expanded by the width of the particle diameter D1 of the primary particle model 5). In addition, when a periodic boundary condition is imposed on the coordinate system in which the primary particle model 5 of the filler region 17 is arranged, the entire coordinate system to which the periodic boundary condition is imposed may be defined as the filler virtual space 6. At this time, the periodic boundary condition required to define the filler virtual space 6 may be input together with the input of the filler region 17.

本実施形態のフィラー用仮想空間6は、互いに向き合う三対の平面7、7を有する立方体として定義されている場合が例示される。各平面7には、周期境界条件が定義されている。したがって、フィラー用仮想空間6は、一方の平面7と、反対側の平面7とが連続している(繋がっている)ものとして取り扱われる。 In this embodiment, the virtual space 6 for the filler is exemplified as being defined as a cube having three pairs of planes 7, 7 that face each other. A periodic boundary condition is defined for each plane 7. Therefore, the virtual space 6 for the filler is treated as one plane 7 being continuous (connected) with the opposite plane 7.

フィラー用仮想空間6の一辺の長さ(フィラー用長さ)Laについては、適宜設定することができる。本実施形態のフィラー用長さLaは、フィラー領域17の全体を含みつつ、体積が可能な限り小さくなるように設定されるのが望ましい。これにより、フィラー領域17に後述の粒子モデル11が隙間なく充填され、さらに、後述の工程S4において、アモルファス構造モデル22(図4に示す)の配置に要する時間を小さくすることができる。フィラー用仮想空間6は、コンピュータ1に記憶される。 The length of one side of the virtual space for filler 6 (length for filler) La can be set as appropriate. In this embodiment, the length for filler La is desirably set so that the volume is as small as possible while including the entire filler region 17. This allows the particle model 11 described below to be filled into the filler region 17 without gaps, and further reduces the time required to place the amorphous structure model 22 (shown in FIG. 4) in step S4 described below. The virtual space for filler 6 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1が、フィラー用仮想空間6の内部に、複数のアモルファス構造モデル22を配置する(工程S4)。工程S4では、フィラー領域17に粒子モデル11が充填されるように、複数のアモルファス構造モデル22が配置される。図5は、複数のアモルファス構造モデル22が配置されたフィラー用仮想空間6の一例を示す概念図である。 Next, in the creation method of this embodiment, the computer 1 places multiple amorphous structure models 22 inside the filler virtual space 6 (step S4). In step S4, the multiple amorphous structure models 22 are placed so that the particle models 11 are filled in the filler region 17. FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of the filler virtual space 6 in which multiple amorphous structure models 22 are placed.

本実施形態の工程S4では、先ず、フィラー用仮想空間6において、x軸方向、y軸方向、及び、z軸方向のそれぞれに、アモルファス構造モデル22を繰り返し配置する回数Nが決定される。回数Nについては、フィラー領域17に粒子モデル11が充填されれば、適宜決定されうる。回数Nは、例えば、フィラー用長さLaを、アモルファス用長さLcで除した値について、四捨五入(小数点以下を四捨五入)することで得られる。アモルファス構造モデル22を分割することなく配置するために、回数Nは、2以上の整数であるのが望ましい。なお、得られた回数Nが、2以上の整数でない場合には、アモルファス用長さLcなどの値が変更された後に、これまでの工程S2~S4が再度実施されてもよい。回数Nは、コンピュータ1に記憶される。 In step S4 of this embodiment, first, the number of times N to repeatedly place the amorphous structure model 22 in each of the x-axis direction, y-axis direction, and z-axis direction in the filler virtual space 6 is determined. The number of times N can be determined appropriately once the particle model 11 is filled in the filler region 17. The number of times N is obtained, for example, by rounding off (rounding off the decimal point) the value obtained by dividing the filler length La by the amorphous length Lc. In order to place the amorphous structure model 22 without dividing it, it is desirable that the number of times N is an integer of 2 or more. Note that if the obtained number of times N is not an integer of 2 or more, the values of the amorphous length Lc and the like may be changed, and the steps S2 to S4 may be performed again. The number of times N is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の工程S4では、コンピュータ1が、フィラー用仮想空間6において、
x軸方向、y軸方向、及び、z軸方向のそれぞれに、アモルファス構造モデル22が繰り返し配置される。本実施形態では、決定された回数N(図5では、回数N=3)に基づいて、アモルファス構造モデル22の配置が決定される。フィラー用仮想空間6の内部において、各アモルファス構造モデル22に含まれる各粒子モデル11の座標を示す3次元ベクトルRi(ix,iy,iz)は、以下の式(1)で定義される。
Next, in step S4 of this embodiment, the computer 1 performs the following in the filler virtual space 6:
The amorphous structure models 22 are repeatedly arranged in each of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. In this embodiment, the arrangement of the amorphous structure models 22 is determined based on the determined number of times N (in FIG. 5, the number of times N=3). Within the filler virtual space 6, a three-dimensional vector R i (i x , i y , i z ) indicating the coordinates of each particle model 11 included in each amorphous structure model 22 is defined by the following formula (1).

Figure 0007613170000001

ここで、式(1)の変数は、以下のとおりである。
:フィラー用長さ
:アモルファス用長さ
N:回数
i:各アモルファス構造モデル22に含まれるi番目の粒子モデル11について、アモルファス用仮想空間19内での座標を示す3次元ベクトル
x:x方向の単位ベクトル(1,0,0)
y:y方向の単位ベクトル(0,1,0)
z:z方向の単位ベクトル(0,0,1)
Figure 0007613170000001

Here, the variables in equation (1) are as follows:
L a : Length for filler L c : Length for amorphous N: Number of times r i : Three-dimensional vector indicating the coordinates in the amorphous virtual space 19 for the i-th particle model 11 included in each amorphous structure model 22 e x : Unit vector (1, 0, 0) in the x direction
e y : unit vector in the y direction (0, 1, 0)
e z : unit vector in the z direction (0,0,1)

上記の式(1)において、Ri(ix,iy,iz)は、フィラー用仮想空間6においてx軸方向のix番目、y軸方向のiy番目、及び、z軸方向のiz番目に配置されたアモルファス構造モデル22について、そのアモルファス構造モデル22のi番目の粒子モデル11の座標の3次元ベクトルを示している。 In the above formula (1), R i (i x , i y , i z ) indicates the three-dimensional vector of the coordinates of the i-th particle model 11 of the amorphous structure model 22 arranged at the ixth position in the x-axis direction, the iyth position in the y-axis direction, and the izth position in the z-axis direction in the virtual space 6 for the filler.

本実施形態では、上記の式(1)の3次元ベクトルRi(ix,iy,iz)に基づいて、粒子モデル11の座標が決定されることにより、フィラー用仮想空間6の内部(、x軸方向、y軸方向、及び、z軸方向)に繰り返し並べられたアモルファス構造モデル22の配置を決定することができる。 In this embodiment, the coordinates of the particle model 11 are determined based on the three-dimensional vector R i (i x , i y , i z ) in the above formula (1), and thus the arrangement of the amorphous structure models 22 repeatedly arranged inside the virtual space 6 for the filler (in the x-axis direction, y-axis direction, and z-axis direction) can be determined.

上記の式(1)にしたがって、アモルファス構造モデル22は、回数Nとアモルファス用長さLcとの積で、フィラー用長さLaを除した値に等しい倍率に基づいて、x軸方向、y軸方向及びz軸方向のそれぞれの方向に拡大または縮小される。これにより、回数Nが算出される際に行われる四捨五入に起因する「ズレ」が補正されるため、アモルファス構造モデル22が、フィラー用仮想空間6にほぼ隙間なく並べられる。 According to the above formula (1), the amorphous structure model 22 is enlarged or reduced in each of the x-axis direction, y-axis direction, and z-axis direction based on a magnification equal to the value obtained by dividing the filler length La by the product of the number of times N and the amorphous length Lc. This corrects the "deviation" caused by the rounding performed when the number of times N is calculated, so that the amorphous structure model 22 is arranged almost without gaps in the filler virtual space 6.

本実施形態の作成方法では、図4に示したフィラー用仮想空間6よりも小さいアモルファス用仮想空間19において、粒子モデル11のアモルファス構造モデル22が入力されている。このため、本実施形態では、例えば、アモルファス用仮想空間19よりも大きなフィラー用仮想空間6において、粒子モデル11のアモルファス構造モデル(図示省略)が計算される場合に比べて、アモルファス構造モデル22の作成対象の粒子モデル11の粒子数を少なくすることができる。なお、本実施形態のように、アモルファス構造モデル22を繰り返し配置する計算は、分子動力学計算などに比べて、計算時間が無視できるほど小さい。このため、本実施形態の工程S4では、計算時間を大幅に短縮することができる。複数のアモルファス構造モデル22が配置されたフィラー用仮想空間6は、コンピュータ1に記憶される。 In the creation method of this embodiment, the amorphous structure model 22 of the particle model 11 is input in the amorphous virtual space 19, which is smaller than the filler virtual space 6 shown in FIG. 4. Therefore, in this embodiment, the number of particles of the particle model 11 for which the amorphous structure model 22 is created can be reduced compared to when the amorphous structure model (not shown) of the particle model 11 is calculated in the filler virtual space 6, which is larger than the amorphous virtual space 19. Note that the calculation of repeatedly arranging the amorphous structure model 22 as in this embodiment is so small that the calculation time can be ignored compared to molecular dynamics calculations, etc. Therefore, in step S4 of this embodiment, the calculation time can be significantly reduced. The filler virtual space 6 in which multiple amorphous structure models 22 are arranged is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1が、フィラー領域17(図5で二点鎖線で示す)からはみ出した粒子モデル11を削除して、フィラーモデル10(図6に示す)を作成する(工程S5)。粒子モデル11がフィラー領域17からはみ出しているか否かの判断は、適宜定義することができる。本実施形態では、粒子モデル11の一部が、フィラー領域17の外側に存在する場合に、粒子モデル11がフィラー領域17からはみ出していると判断される。このような判断の具体例としては、粒子モデル11の中心座標がフィラー領域17の外側に存在する場合や、粒子モデル11の中心座標と、フィラー領域17の外面との最短距離が、粒子モデル11の直径D2(図4に示す)を、2で除した値よりも小さい場合に、粒子モデル11が、はみ出していると判断されてもよい。 Next, in the creation method of this embodiment, the computer 1 deletes the particle model 11 that protrudes from the filler region 17 (shown by the two-dot chain line in FIG. 5) to create the filler model 10 (shown in FIG. 6) (step S5). The determination of whether the particle model 11 protrudes from the filler region 17 can be defined as appropriate. In this embodiment, if a part of the particle model 11 exists outside the filler region 17, it is determined that the particle model 11 protrudes from the filler region 17. As a specific example of such a determination, the particle model 11 may be determined to protrude when the center coordinates of the particle model 11 are outside the filler region 17, or when the shortest distance between the center coordinates of the particle model 11 and the outer surface of the filler region 17 is smaller than the diameter D2 (shown in FIG. 4) of the particle model 11 divided by 2.

本実施形態の工程S5では、フィラー領域17からはみ出した粒子モデル11が削除されることにより、フィラー領域17に充填された粒子モデル11に基づいて、一次粒子モデル5が定義されたフィラーモデル10が作成される。図6は、フィラーモデル10の一例を示す概念図である。フィラーモデル10は、コンピュータ1に記憶される。 In step S5 of this embodiment, the particle models 11 that protrude from the filler region 17 are deleted, and a filler model 10 in which the primary particle model 5 is defined is created based on the particle models 11 filled in the filler region 17. FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of the filler model 10. The filler model 10 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1が、隣接する粒子モデル11、11を結合する(工程S6)。本実施形態の工程S6は、フィラー領域17(図5に示す)からはみ出した粒子モデル11を削除した後に実施される。 Next, in the creation method of this embodiment, the computer 1 combines adjacent particle models 11, 11 (step S6). Step S6 in this embodiment is performed after deleting the particle models 11 that protrude from the filler region 17 (shown in FIG. 5).

本実施形態の工程S6では、予め定められた距離(以下、単に「結合距離」ということがある。)以下で隣接している粒子モデル11、11が結合されている。結合距離は、適宜設定されうる。本実施形態の結合距離は、例えば、粒子モデル11の直径D2(図4に示す)の1.0~1.5倍(本例では、1.1倍)の範囲で設定されうる。 In step S6 of this embodiment, adjacent particle models 11, 11 that are separated by a predetermined distance (hereinafter, sometimes simply referred to as the "bonding distance") or less are bonded. The bond distance can be set appropriately. In this embodiment, the bond distance can be set, for example, in the range of 1.0 to 1.5 times (1.1 times in this example) the diameter D2 (shown in FIG. 4) of the particle model 11.

本実施形態の工程S6では、図6に示されるように、結合距離以下で隣接する粒子モデル11、11が、結合鎖モデル8によって結合される。これにより、工程S6では、複数の粒子モデル11を結合したフィラーモデル10が作成される。このようなフィラーモデル10は、結合鎖モデル8によって、その剛性を高めることができる。フィラーモデル10は、コンピュータ1に記憶される。 In step S6 of this embodiment, as shown in FIG. 6, adjacent particle models 11, 11 that are equal to or less than the bond distance are bonded by a bond chain model 8. As a result, in step S6, a filler model 10 is created in which multiple particle models 11 are bonded. The rigidity of such a filler model 10 can be increased by the bond chain model 8. The filler model 10 is stored in the computer 1.

本実施形態の作成工程では、結合鎖モデル8を用いて、粒子モデル11、11が結合されたフィラーモデル10が作成されたが、このような態様に限定されない。例えば、工程S6が省略されて、粒子モデル11、11が結合されていないフィラーモデル10が作成されてもよい。この場合、フィラーモデル10を構成する全ての粒子モデル11の座標が固定されてもよいし、例えば、凝集体ごとに剛体とする等の拘束条件が定義されてもよい。 In the creation process of this embodiment, the filler model 10 in which the particle models 11, 11 are bonded is created using the bond chain model 8, but the invention is not limited to this embodiment. For example, step S6 may be omitted to create a filler model 10 in which the particle models 11, 11 are not bonded. In this case, the coordinates of all the particle models 11 constituting the filler model 10 may be fixed, or a constraint condition may be defined, such as making each aggregate a rigid body.

本実施形態の作成方法では、結晶格子状に配列された上記の特許文献1のフィラー粒子モデル(すなわち、本実施形態の粗視化粒子モデル)とは異なり、フィラーモデル10の粒子モデル11が、不規則なアモルファス(非晶質)状に配置されている。これにより、本実施形態の作成方法では、フィラーモデル10の外面が、図6で示されるように不規則となり、図12に示されるような規則的な階段状に形成されるのを防ぐことができる。なお、実際のフィラーの外面は、例えば、焼結法や沈降法で製造されたシリカの場合、図12のような規則的な階段状に形成されていない。したがって、本実施形態の作成方法では、実際のフィラーの外面が適切に表現されたフィラーモデル10の作成が可能となる。 In the creation method of this embodiment, unlike the filler particle model of Patent Document 1 (i.e., the coarse-grained particle model of this embodiment) arranged in a crystal lattice pattern, the particle model 11 of the filler model 10 is arranged in an irregular amorphous (non-crystalline) shape. As a result, in the creation method of this embodiment, the outer surface of the filler model 10 becomes irregular as shown in FIG. 6, and it is possible to prevent it from being formed in a regular step shape as shown in FIG. 12. Note that, in the case of silica produced by, for example, a sintering method or a precipitation method, the outer surface of an actual filler is not formed in a regular step shape as shown in FIG. 12. Therefore, in the creation method of this embodiment, it is possible to create a filler model 10 that appropriately represents the outer surface of an actual filler.

次に、本実施形態の作成方法では、作成されたフィラーモデル10を分子動力学計算に用いるために、粒子モデル11、11の間に、分子動力学計算用の力場(図示省略)が設定されてもよい(工程S7)。力場としては、例えば、論文1に記載されている下記式(2)と、カットオフ距離rc=21/6σとで粒子モデル11、11間の斥力が表されるLJポテンシャルと、下記式(3)で粒子モデル11、11間の結合が示される結合ポテンシャルとが用いられてよい。 Next, in the creation method of this embodiment, in order to use the created filler model 10 in a molecular dynamics calculation, a force field (not shown) for molecular dynamics calculation may be set between the particle models 11, 11 (step S7). As the force field, for example, an LJ potential in which the repulsive force between the particle models 11, 11 is expressed by the following formula (2) described in Paper 1 and a cutoff distance r c = 2 1/6 σ, and a bond potential in which the bond between the particle models 11, 11 is expressed by the following formula (3) may be used.

Figure 0007613170000002

ここで、式(2)の変数は、次のとおりである。
r:粒子モデル11、11の中心間の距離
ε:ポテンシャルエネルギーの大きさに関するパラメータ
σ:粗視化シミュレーションに用いられる大きさに関するパラメータ
c:カットオフ距離rc
Figure 0007613170000002

where the variables in equation (2) are as follows:
r: distance between the centers of the particle models 11, 11 ε: parameter related to the magnitude of the potential energy σ: parameter related to the magnitude used in the coarse-grained simulation r c : cutoff distance r c

Figure 0007613170000003

ここで、式(3)の変数は、次のとおりである。
r:粒子モデル11、11の中心間の距離
k:ポテンシャルエネルギーの大きさに関するパラメータ
0:伸びきり長
Figure 0007613170000003

where the variables in equation (3) are as follows:
r: distance between the centers of the particle models 11, 11 k: parameter related to the magnitude of potential energy R 0 : stretched length

本実施形態では、フィラーモデル10の隣接する粒子モデル11、11の間の距離が、いずれも直径D2(図4に示す)に近づくように作成されている。また、直径D2は、カットオフ距離rc=21/6σ=約1.122σに等しく設定されている。このため、結合鎖モデル8に、上記式(3)で示される結合ポテンシャルがそのまま用いられると、上記式(3)の結合ポテンシャルが用いられる前の結合長が約1.122σであるのに対して、結合ポテンシャルの平衡長が約0.961σとなるため、分子動力学計算によって緩和が起こり、フィラーモデル全体が縮む場合がある。この問題を回避するために、結合ポテンシャルの平衡長がカットオフ距離rcと等しくなるように、粒子モデル11、11間の結合ポテンシャルが調整されてもよい。例えば、粒子モデル11、11間の結合ポテンシャルのパラメータσ(ULJ(r)の項)及び伸びきり長R0が、ともに1.168倍されてもよい。 In this embodiment, the distance between the adjacent particle models 11, 11 of the filler model 10 is created so that both are close to the diameter D2 (shown in FIG. 4). The diameter D2 is set equal to the cutoff distance r c = 2 1/6 σ = about 1.122σ. For this reason, if the bond potential shown in the above formula (3) is used as is in the bond chain model 8, the bond length before the bond potential of the above formula (3) is used is about 1.122σ, while the equilibrium length of the bond potential is about 0.961σ, so that relaxation occurs due to molecular dynamics calculation, and the entire filler model may shrink. In order to avoid this problem, the bond potential between the particle models 11, 11 may be adjusted so that the equilibrium length of the bond potential is equal to the cutoff distance r c . For example, the parameter σ (term of U LJ (r)) and the stretched length R 0 of the bond potential between the particle models 11, 11 may both be multiplied by 1.168.

ところで、後述のシミュレーション方法では、図6に示したフィラーモデル10を構成する全ての粒子モデル11を対象に、分子動力学計算が実施される。このため、粒子モデル11の充填率(個数)が大きいと、計算時間が増大する傾向がある。したがって、作成方法には、粒子モデル11の充填率が小さくなるように、フィラーモデル10が改造されてもよい。図7は、本発明の他の実施形態のフィラーモデルの作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図8は、本発明の他の実施形態のフィラーモデル10の一例を示す断面図である。図8では、フィラー用仮想空間6が省略して示されている。この実施形態において、これまでの実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略することがある。 In the simulation method described below, molecular dynamics calculations are performed on all particle models 11 constituting the filler model 10 shown in FIG. 6. For this reason, if the filling rate (number) of the particle models 11 is large, the calculation time tends to increase. Therefore, in the creation method, the filler model 10 may be modified so that the filling rate of the particle models 11 is small. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the creation method of a filler model according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a filler model 10 according to another embodiment of the present invention. In FIG. 8, the virtual space 6 for filler is omitted. In this embodiment, the same components as those in the previous embodiments are given the same reference numerals, and the description may be omitted.

この実施形態の作成方法では、フィラーモデル10の内部の粒子モデル11の充填率が、フィラーモデル10の外層21の粒子モデル11の充填率よりも小さくなるように、フィラーモデル10が改造されている。この改造する工程として、フィラーモデル10を中空にする工程S8と、中空とされたフィラーモデル10の内部に、アモルファス構造よりも充填率が低い結晶構造の粒子モデル11を充填する工程S9とが含まれる。 In the creation method of this embodiment, the filler model 10 is modified so that the filling rate of the particle model 11 inside the filler model 10 is smaller than the filling rate of the particle model 11 in the outer layer 21 of the filler model 10. This modification process includes a step S8 of making the filler model 10 hollow, and a step S9 of filling the hollow filler model 10 with particle models 11 of a crystalline structure, which has a filling rate lower than that of an amorphous structure.

工程S8では、フィラーモデル10の外層21の粒子モデル11を維持したまま、外層21の内部の粒子モデル11が削除される。この実施形態では、フィラー用仮想空間6内の粒子モデル11のうち、外層21に含まれていない全ての粒子モデル11が削除されている。 In step S8, the particle models 11 inside the outer layer 21 of the filler model 10 are deleted while maintaining the particle models 11 of the outer layer 21. In this embodiment, all particle models 11 in the filler virtual space 6 that are not included in the outer layer 21 are deleted.

外層21は、適宜定義されうる。この実施形態の外層21は、フィラー領域17の外面から内側に向けて、予め定められた厚さr1以内の領域として定義される。厚さr1は、適宜定義されうる。この実施形態の厚さr1は、一次粒子モデル5の粒径D1(図3(a)に示す)の5%~20%(本例では、10%)に設定される。 The outer layer 21 can be defined as appropriate. In this embodiment, the outer layer 21 is defined as a region within a predetermined thickness r1 from the outer surface of the filler region 17 toward the inside. The thickness r1 can be defined as appropriate. In this embodiment, the thickness r1 is set to 5% to 20% (10% in this example) of the particle diameter D1 (shown in FIG. 3(a)) of the primary particle model 5.

外層21に含まれるか否かの判断は、適宜行われうる。この実施形態では、粒子モデル11の少なくとも一部が外層21の外側に存在する場合に、外層21に含まれないと判断される。より具体的には、粒子モデル11の中心座標が外層21の外側に存在する場合、又は、粒子モデル11の中心座標と外層21の外面との最短距離が、粒子モデル11の直径D2(図4に示す)を、2で除した値よりも小さい場合に、外層21に含まれないと判断される。 The determination of whether or not the particle model 11 is included in the outer layer 21 can be made as appropriate. In this embodiment, if at least a part of the particle model 11 exists outside the outer layer 21, it is determined that the particle model 11 is not included in the outer layer 21. More specifically, if the center coordinates of the particle model 11 exist outside the outer layer 21, or if the shortest distance between the center coordinates of the particle model 11 and the outer surface of the outer layer 21 is smaller than the diameter D2 (shown in FIG. 4) of the particle model 11 divided by 2, it is determined that the particle model 11 is not included in the outer layer 21.

工程S9では、フィラーモデル10の外層21の内部の領域に、アモルファス構造よりも充填率が低い(小さい)結晶構造の粒子モデル11が充填される。結晶構造は、外層21の充填率(例えば、60%~68%)よりも小さいものであれば、適宜採用されうる。この実施形態では、ダイヤモンド構造(充填率が34%)が採用される。 In step S9, the particle model 11 having a crystalline structure with a filling rate lower (smaller) than that of the amorphous structure is filled into the internal region of the outer layer 21 of the filler model 10. Any crystalline structure can be used as appropriate, as long as it is smaller than the filling rate of the outer layer 21 (e.g., 60% to 68%). In this embodiment, a diamond structure (filling rate of 34%) is used.

この実施形態の作成方法では、外層21を構成する粒子モデル11のアモルファス(非晶質)状の配列が維持しされるため、これまでの実施形態と同様に、フィラーの外面をより適切に表現できるフィラーモデル10を作成することができる。さらに、この実施形態の作成方法では、フィラーモデル10全体の強度の低下を抑えながら、フィラーモデル10の内部の粒子モデル11の充填率を小さくできるため、後述のシミュレーション方法において、計算対象の粒子モデル11の個数を小さくすることができる。したがって、この実施形態の作成方法は、後述のシミュレーション方法(分子動力学計算)において、計算精度を維持しつつ、計算時間を短縮することが可能となる。 In the creation method of this embodiment, the amorphous arrangement of the particle models 11 that make up the outer layer 21 is maintained, so that, as in the previous embodiments, a filler model 10 that can more appropriately represent the outer surface of the filler can be created. Furthermore, in the creation method of this embodiment, the filling rate of the particle models 11 inside the filler model 10 can be reduced while suppressing a decrease in the strength of the entire filler model 10, so that the number of particle models 11 to be calculated in the simulation method described below can be reduced. Therefore, the creation method of this embodiment makes it possible to shorten the calculation time while maintaining the calculation accuracy in the simulation method (molecular dynamics calculation) described below.

この実施形態では、フィラーモデル10の内部に充填される結晶構造について、隣接する粒子モデル11が結合鎖モデル8(図6に示す)によって結合されてもよい。さらに、結晶構造を構成する粒子モデル11と、外層21を構成する粒子モデル11とが、結合鎖モデル8によって結合されてもよい。これにより、フィラーモデル10の強度の低下を抑えながら、フィラーモデル10の内部の粒子モデル11の数を減少させることができる。 In this embodiment, for the crystal structure filled inside the filler model 10, adjacent particle models 11 may be connected by a bond chain model 8 (shown in FIG. 6). Furthermore, the particle model 11 constituting the crystal structure and the particle model 11 constituting the outer layer 21 may be connected by a bond chain model 8. This makes it possible to reduce the number of particle models 11 inside the filler model 10 while suppressing a decrease in the strength of the filler model 10.

次に、上述の作成方法で取得されたフィラーモデル10を用いた高分子材料のシミュレーション方法が説明される。本実施形態のシミュレーション方法では、コンピュータ1を用いて、フィラーと高分子成分とを含む高分子材料の性能が計算される。 Next, a method for simulating a polymeric material using the filler model 10 obtained by the above-mentioned creation method will be described. In the simulation method of this embodiment, the performance of a polymeric material containing a filler and a polymer component is calculated using a computer 1.

高分子成分には、例えば、天然ゴム、合成ゴム及び樹脂等が含まれる。本実施形態の高分子成分としては、cis-1,4ポリブタジエン(以下、単に「ポリブタジエン」ということがある)が例示される。図9は、ポリブタジエンの構造式である。 The polymer component includes, for example, natural rubber, synthetic rubber, and resin. An example of the polymer component of this embodiment is cis-1,4 polybutadiene (hereinafter, sometimes simply referred to as "polybutadiene"). Figure 9 shows the structural formula of polybutadiene.

ポリブタジエンを構成する分子鎖12は、メチレン基(-CH-)とメチン基(-CH-)とからなるモノマー13{-[CH-CH=CH-CH]-}が、重合度nで連結されて構成されている。また、高分子材料の末端には、メチレン基(-CH)に替えて、メチル基(-CH)が連結される。なお、高分子成分には、ポリブタジエン以外のものが用いられてもよい。また、フィラーは、上述のとおりである。図10は、高分子材料のシミュレーション方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 The molecular chains 12 constituting polybutadiene are formed by linking monomers 13 {-[CH 2 -CH=CH-CH 2 ]-} consisting of a methylene group (-CH 2 -) and a methine group (-CH-) with a degree of polymerization n. Moreover, a methyl group (-CH 3 ) is linked to the end of the polymer material instead of the methylene group (-CH 2 ). Note that the polymer component may be something other than polybutadiene. The filler is as described above. FIG. 10 is a flow chart showing an example of the processing procedure of the simulation method for polymer materials.

本実施形態のシミュレーション方法では、先ず、コンピュータ1に、高分子材料(図示省略)の一部に対応する仮想空間であるセルが入力される(工程S10)。図11は、高分子材料モデルの一例を示す概念図である。図11では、フィラーモデル10及び分子鎖モデル15の一部のみが代表して示されている。 In the simulation method of this embodiment, first, a cell, which is a virtual space corresponding to a part of a polymer material (not shown), is input to the computer 1 (step S10). FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a polymer material model. In FIG. 11, only a filler model 10 and a part of a molecular chain model 15 are shown as representatives.

セル14は、後述する分子動力学計算において、計算対象となる領域である。本実施形態のセル14は、例えば、図3(a)に示したフィラー用仮想空間6と同様に設定されうる。セル14の内部には、少なくとも一つのフィラーモデル10、及び、複数の分子鎖モデル15が配置される。 The cell 14 is a region that is the subject of calculation in the molecular dynamics calculation described below. The cell 14 in this embodiment can be set, for example, in the same manner as the filler virtual space 6 shown in FIG. 3(a). At least one filler model 10 and multiple molecular chain models 15 are placed inside the cell 14.

セル14の一辺の長さLbは、適宜設定することができる。本実施形態の長さLbは、後述の分子鎖モデル15の拡がりを示す量である慣性半径(図示省略)の3倍以上が望ましい。これにより、セル14は、分子動力学計算において、周期境界条件のために周期的に並ぶ自分自身(イメージ)との衝突の発生を防いで、分子鎖モデル15の空間的拡がりを適切に計算することができる。また、セル14の大きさは、例えば1気圧で安定な体積に設定される。これにより、セル14は、解析対象の高分子材料の少なくとも一部の体積を定義することができる。セル14は、コンピュータ1に記憶される。 The length Lb of one side of the cell 14 can be set appropriately. In this embodiment, the length Lb is preferably three times or more the radius of gyration (not shown), which is an amount indicating the spread of the molecular chain model 15 described below. This allows the cell 14 to prevent collisions with itself (image), which is arranged periodically due to the periodic boundary condition, in molecular dynamics calculations, and to properly calculate the spatial spread of the molecular chain model 15. In addition, the size of the cell 14 is set to a stable volume at, for example, 1 atmosphere. This allows the cell 14 to define at least a portion of the volume of the polymer material to be analyzed. The cell 14 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態のシミュレーション方法は、コンピュータ1に、高分子材料の分子鎖12(図9に示す)をモデル化した分子鎖モデル15が入力される(工程S11)。本実施形態の分子鎖モデル15は、粗視化分子モデルとして定義される。 Next, in the simulation method of this embodiment, a molecular chain model 15 that models a molecular chain 12 (shown in FIG. 9) of a polymeric material is input to the computer 1 (step S11). The molecular chain model 15 of this embodiment is defined as a coarse-grained molecular model.

分子鎖モデル15は、分子鎖12(図9に示す)を構成する原子の数よりも少ない複数の粒子16を用いて表現されている。これらの粒子16、16は、結合鎖(図示省略)によって結合されている。本実施形態の分子鎖モデル15は、Kremer-Grestモデルである場合が例示されるが、特に限定されるわけではない。分子鎖モデル15は、例えば、DPD(散逸粒子動力学法)に基づくモデル等であってもよい。 The molecular chain model 15 is represented using a number of particles 16, the number of which is less than the number of atoms that make up the molecular chain 12 (shown in FIG. 9). These particles 16, 16 are connected by bonding chains (not shown). The molecular chain model 15 of this embodiment is exemplified as a Kremer-Grest model, but is not particularly limited thereto. The molecular chain model 15 may be, for example, a model based on DPD (dissipative particle dynamics).

本実施形態の各粒子16は、例えば、図9に示した分子鎖12のモノマー13に対応している。分子鎖12がポリブタジエンである場合には、例えば、1.10個分のモノマー13を構造単位として、該構造単位が1個の粒子16に置換される。これにより、本実施形態の分子鎖モデル15には、複数(例えば、10~5000個)の粒子16が設定される。粒子16は、後述の分子動力学計算において、運動方程式の質点として取り扱われる。即ち、粒子16には、質量、直径、電荷又は初期座標などのパラメータが定義される。これらの各パラメータは、数値情報としてコンピュータ1に記憶される。 In this embodiment, each particle 16 corresponds to, for example, a monomer 13 of the molecular chain 12 shown in FIG. 9. When the molecular chain 12 is polybutadiene, for example, 1.10 monomers 13 are used as a structural unit, and the structural unit is replaced with one particle 16. As a result, multiple particles 16 (for example, 10 to 5000) are set in the molecular chain model 15 of this embodiment. The particles 16 are treated as mass points in the equation of motion in the molecular dynamics calculation described below. That is, parameters such as mass, diameter, charge, and initial coordinates are defined for the particles 16. Each of these parameters is stored in the computer 1 as numerical information.

結合鎖(図示省略)は、粒子16、16間に平衡長を定義した結合ポテンシャルとして定義される。ここで、「平衡長」とは、結合ポテンシャルの値が最も小さくなるような粒子16、16間の結合距離として定義される。また、結合鎖(図示省略)の結合ポテンシャルは、例えば、上述の論文1に基づいて設定することができる。このような分子鎖モデル15は、高分子材料を分子動力学計算で取り扱うための数値データであり、コンピュータ1に入力される。 The bond chain (not shown) is defined as a bond potential that defines an equilibrium length between particles 16, 16. Here, the "equilibrium length" is defined as the bond distance between particles 16, 16 at which the value of the bond potential is smallest. The bond potential of the bond chain (not shown) can be set, for example, based on the above-mentioned paper 1. Such a molecular chain model 15 is numerical data for handling polymeric materials in molecular dynamics calculations, and is input to computer 1.

次に、本実施形態のシミュレーション方法は、コンピュータ1が、フィラーモデル10を取得する(工程S12)。工程S12では、上述の作成方法の処理手順が実施されることにより、少なくとも1つのフィラーモデル10が取得される。フィラーモデル10は、コンピュータ1に記憶される。 Next, in the simulation method of this embodiment, the computer 1 acquires a filler model 10 (step S12). In step S12, the processing procedure of the above-mentioned creation method is performed, and at least one filler model 10 is acquired. The filler model 10 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態のシミュレーション方法は、コンピュータ1が、セル14の内部に、分子鎖モデル15と、フィラーモデル10とを配置する(工程S13)。本実施形態の工程S13では、先ず、セル14の内部に、フィラーモデル10が配置される。フィラーモデルを配置する位置については、適宜設定することができる。例えば、高分子材料の電子線透過画像において、フィラーが配されている領域に、フィラーモデル10が配置されてもよい。これにより、工程S13では、実際の高分子材料でのフィラーの相対位置に基づいて、セル14の内部に、フィラーモデル10を配置することができる。 Next, in the simulation method of this embodiment, the computer 1 places the molecular chain model 15 and the filler model 10 inside the cell 14 (step S13). In step S13 of this embodiment, first, the filler model 10 is placed inside the cell 14. The position at which the filler model is placed can be set appropriately. For example, the filler model 10 may be placed in an area where the filler is placed in an electron beam transmission image of the polymer material. In this way, in step S13, the filler model 10 can be placed inside the cell 14 based on the relative position of the filler in the actual polymer material.

次に、工程S13では、フィラーモデル10が配置されていない領域に、複数の分子鎖モデル15が配置される。これにより、工程S13では、実際の分子鎖12の分布に近似させて、分子鎖モデル15をセル14内に配置することができる。 Next, in step S13, multiple molecular chain models 15 are placed in areas where no filler models 10 are placed. This allows the molecular chain models 15 to be placed in the cells 14 in a manner that approximates the distribution of the actual molecular chains 12.

次に、本実施形態のシミュレーション方法では、隣接する分子鎖モデル15、15の粒子16、16間、及び、分子鎖モデル15の粒子16とフィラーモデル10の粒子モデル11との間に、引力及び斥力が作用するポテンシャルP3が定義される(工程S14)。このポテンシャルP3としては、上記の特許文献1に記載の斥力が表されるLJポテンシャルが採用される。LJポテンシャルの各変数は、例えば、上述の論文1に基づいて適宜設定することができる。 Next, in the simulation method of this embodiment, a potential P3 is defined in which attractive and repulsive forces act between the particles 16, 16 of adjacent molecular chain models 15, 15, and between the particle 16 of the molecular chain model 15 and the particle model 11 of the filler model 10 (step S14). As this potential P3, the LJ potential that represents the repulsive force described in the above-mentioned Patent Document 1 is adopted. Each variable of the LJ potential can be set appropriately based on, for example, the above-mentioned Paper 1.

次に、本実施形態のシミュレーション方法では、コンピュータ1が、分子鎖モデル15とフィラーモデル10とを対象に、分子動力学計算を行う(工程S15)。分子動力学計算では、例えば、セル14について所定の時間、フィラーモデル10の粒子モデル11、及び、分子鎖モデル15の粒子16が古典力学に従うものとして、ニュートンの運動方程式が適用される。そして、各時刻での粒子モデル11及び粒子16の動きが、単位時間毎に追跡される。 Next, in the simulation method of this embodiment, the computer 1 performs molecular dynamics calculations on the molecular chain model 15 and the filler model 10 (step S15). In the molecular dynamics calculations, for example, Newton's equations of motion are applied to the cell 14 for a predetermined time, assuming that the particle model 11 of the filler model 10 and the particles 16 of the molecular chain model 15 follow classical mechanics. Then, the movements of the particle model 11 and the particles 16 at each time are tracked for each unit time.

工程S15では、先ず、分子鎖モデル15の構造緩和が計算される。この場合、セル14において、圧力及び温度が一定、又は、体積及び温度が一定に保たれる。この構造緩和の計算されることにより、工程S15では、高分子材料(図示省略)をモデル化した高分子材料モデル18が作成される。 In step S15, first, the structural relaxation of the molecular chain model 15 is calculated. In this case, the pressure and temperature are kept constant, or the volume and temperature are kept constant, in the cell 14. By calculating this structural relaxation, in step S15, a polymer material model 18 that models the polymer material (not shown) is created.

次に、本実施形態の工程S15では、作成された高分子材料モデル18の変形計算(例えば、伸長変形)が行われる。そして、高分子材料モデル18の変形計算によって取得される物理量(例えば、応力など)が、コンピュータ1に記憶される。 Next, in step S15 of this embodiment, a deformation calculation (e.g., elongation deformation) is performed on the created polymer material model 18. Then, the physical quantity (e.g., stress, etc.) obtained by the deformation calculation of the polymer material model 18 is stored in the computer 1.

本実施形態のシミュレーション方法では、フィラーのミクロ構造に近似させた表面構造を有するフィラーモデル10が用いられるため、フィラーの表面構造が高分子材料(分子鎖モデル15)の物性に与える影響を精度良く評価することができる。したがって、本実施形態のシミュレーション方法では、高分子材料モデル18の変形計算による物理量を、精度良く計算することができる。 The simulation method of this embodiment uses a filler model 10 having a surface structure that is similar to the microstructure of the filler, so that the effect of the filler surface structure on the physical properties of the polymer material (molecular chain model 15) can be evaluated with high accuracy. Therefore, the simulation method of this embodiment can accurately calculate the physical quantities obtained by deformation calculation of the polymer material model 18.

次に、本実施形態のシミュレーション方法では、高分子材料モデル18の物性が、良好か否かが判断される(工程S16)。良好か否かの判断は、高分子材料に求められる強度や耐久性等に基づいて適宜実施される。 Next, in the simulation method of this embodiment, it is determined whether the physical properties of the polymer material model 18 are good or not (step S16). The determination of whether the properties are good or not is appropriately performed based on the strength, durability, etc. required for the polymer material.

工程S16において、物性が良好である場合(工程S16で、「Y」)、例えば、フィラー及び分子鎖12(図9に示す)の構造に基づいて、高分子材料が製造される(工程S17)。製造された高分子材料は、例えば、タイヤ等の工業製品の製造に利用される。一方、工程S16において、物性が良好でない場合(工程S16で、「N」)、フィラー及び分子鎖12の少なくとも一方の構造等を変更して(工程S18)、工程S10~工程S16が再度実施される。これにより、本実施形態のシミュレーション方法では、良好な物性を有する高分子材料、及び、その高分子材料を利用した工業製品を製造することが可能となる。 If the physical properties are good in step S16 ("Y" in step S16), a polymer material is produced (step S17) based on the structure of the filler and molecular chains 12 (shown in FIG. 9). The produced polymer material is used to produce industrial products such as tires. On the other hand, if the physical properties are not good in step S16 ("N" in step S16), the structure of at least one of the filler and molecular chains 12 is changed (step S18), and steps S10 to S16 are performed again. As a result, the simulation method of this embodiment makes it possible to produce a polymer material with good physical properties and an industrial product using that polymer material.

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。 The above describes in detail a particularly preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the illustrated embodiment and can be modified and implemented in various ways.

図2に示した処理手順に基づいて、フィラーの数値解析用のモデルが作成された(実施例1)。さらに、図7に示した処理手順に基づいて、フィラーの数値解析用のモデルが作成された(実施例2)。実施例2では、実施例1とは異なり、フィラーモデルの内部の粒子モデルの充填率が、フィラーモデルの外層の粒子モデルの充填率よりも小さくなるように、フィラーモデルを改造する工程が実施された。実施例2において、フィラーモデルの内部の粒子モデルの結晶構造は、ダイヤモンド構造である。 Based on the processing procedure shown in FIG. 2, a model for numerical analysis of the filler was created (Example 1). Furthermore, based on the processing procedure shown in FIG. 7, a model for numerical analysis of the filler was created (Example 2). In Example 2, unlike Example 1, a process of modifying the filler model was carried out so that the filling rate of the particle model inside the filler model was smaller than the filling rate of the particle model in the outer layer of the filler model. In Example 2, the crystal structure of the particle model inside the filler model is a diamond structure.

実施例1及び実施例2の計算時間に対する比較のために、アモルファス構造モデルを用いることなく、フィラー用仮想空間の内部に配置された粒子モデルを対象に、分子動力学計算による構造緩和が計算されることにより、フィラーモデルが作成された(比較例1)。比較例1では、構造緩和後の粒子モデルについて、フィラー領域の外部の粒子モデルが除去されて、隣接する粒子モデル間が結合された。 To compare the calculation times of Example 1 and Example 2, a filler model was created by calculating structural relaxation by molecular dynamics calculations for a particle model placed inside the virtual space for the filler without using an amorphous structure model (Comparative Example 1). In Comparative Example 1, for the particle model after structural relaxation, the particle model outside the filler region was removed, and adjacent particle models were bonded together.

さらに、フィラー表面構造の比較のために、上記の特許文献1と同様に、複数の粒子モデルが、面心立方格子状等の結晶格子状に配列された後に、球状の一次粒子1つに相当するフィラー領域の外部に配置された粒子モデルが削除されて、フィラーモデルが作成された。図12は、比較例2のフィラーモデルの一例を示す概念図である。 Furthermore, in order to compare the filler surface structure, similarly to the above-mentioned Patent Document 1, multiple particle models were arranged in a crystal lattice pattern such as a face-centered cubic lattice pattern, and then the particle model arranged outside the filler region corresponding to one spherical primary particle was deleted to create a filler model. Figure 12 is a conceptual diagram showing an example of the filler model of Comparative Example 2.

そして、実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2について、フィラーモデルの作成に必要な時間が求められた。さらに、図10に示した処理手順に基づいて、実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2のフィラーモデルを用いたシミュレーションが実施され、シミュレーションに要する時間が求められた。共通仕様は、次のとおりである。
フィラーモデル(実施例2の改造工程前):
一次粒子モデルの個数:1個
粒子モデルの個数:10,000個
アモルファス構造モデル:
粒子モデルの個数:80個
フィラー用仮想空間の長さLa:32.3σ
フィラーの体積充填率:30%
アモルファス構造モデルの構造緩和計算:
単位時間:0.001τ
論文1の式2.4に示されるポテンシャルでの構造緩和計算
ステップ数:10,000ステップ
論文1の式A1に示されるLJポテンシャルでの構造緩和計算
ステップ数:10,000ステップ
上記のLJポテンシャルでのポテンシャルエネルギー最小化
ステップ数:1,000ステップ以内
高分子材料モデルの構造緩和計算:
単位時間:0.006τ
ステップ数:1,000,000ステップ
Then, the time required to create the filler model was obtained for Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. Furthermore, a simulation was performed using the filler models of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 based on the processing procedure shown in Fig. 10, and the time required for the simulation was obtained. The common specifications are as follows.
Filler model (before modification process of Example 2):
Number of primary particle models: 1
Number of particle models: 10,000 Amorphous structure model:
Number of particle models: 80 Length of virtual space for filler La: 32.3σ
Filler volumetric filling rate: 30%
Structural relaxation calculation of amorphous structure model:
Unit time: 0.001 τ
Structural relaxation calculation using the potential shown in equation 2.4 of paper 1
Number of steps: 10,000 steps
Structural relaxation calculation using the LJ potential shown in Equation A1 of Paper 1
Number of steps: 10,000 steps
Potential energy minimization with the above LJ potential
Number of steps: Within 1,000 steps Structural relaxation calculation of polymer material model:
Unit time: 0.006 τ
Number of steps: 1,000,000 steps

テストの結果、実施例1及び実施例2のフィラーモデルの作成に要した時間は、比較例1のフィラーモデルの作成に要した時間の0.3%であった。したがって、実施例1及び実施例2は、フィラーモデルを短時間で作成することができた。 As a result of the test, the time required to create the filler models in Examples 1 and 2 was 0.3% of the time required to create the filler model in Comparative Example 1. Therefore, in Examples 1 and 2, the filler models could be created in a short time.

さらに、実施例2は、フィラーモデルの内部の粒子モデルの充填率を、フィラーモデルの外層の粒子モデルの充填率よりも小さくできるため、実施例1及び比較例1に比べて、シミュレーションの計算時間を89%に短縮することができた。 Furthermore, in Example 2, the filling rate of the particle model inside the filler model can be made smaller than the filling rate of the particle model in the outer layer of the filler model, so that the simulation calculation time can be reduced to 89% compared to Example 1 and Comparative Example 1.

また、実施例1及び実施例2のフィラーモデルの外面は、図12に示した比較例2のような規則的な階段状に形成されるのを防ぐことができており、フィラーの外面をより適切に表現できるフィラーモデルを作成することができた。このような実施例1及び実施例2のシミュレーションでは、比較例2のシミュレーションに比べて、本来のフィラーで生じる挙動を精度良く再現することができた。 In addition, the outer surfaces of the filler models in Examples 1 and 2 were prevented from being formed in a regular stepped pattern as in Comparative Example 2 shown in FIG. 12, and a filler model capable of more appropriately expressing the outer surface of the filler could be created. In the simulations of Examples 1 and 2, the behavior that occurs in the original filler could be reproduced with greater accuracy than in the simulation of Comparative Example 2.

S1 フィラー領域を入力する工程
S2 アモルファス構造モデルを入力する工程
S3 フィラー用仮想空間を入力する工程
S4 フィラー用仮想空間の内部に複数のアモルファス構造モデルを配置する工程
S5 フィラー領域からはみ出した粒子モデルを削除する工程
S1: Step of inputting a filler region S2: Step of inputting an amorphous structure model S3: Step of inputting a virtual space for filler S4: Step of arranging a plurality of amorphous structure models inside the virtual space for filler S5: Step of deleting particle models protruding from the filler region

Claims (4)

フィラーの数値解析用のフィラーモデルを作成するための方法であって、
コンピュータに、前記フィラーが存在する領域であるフィラー領域を入力する工程と、
前記コンピュータに、複数の粒子モデルが不規則に配置されたアモルファス構造モデルを入力する工程とを含み、
前記コンピュータが、
前記フィラー領域全体を含むフィラー用仮想空間を定義する工程と、
前記フィラー用仮想空間の内部に、複数の前記アモルファス構造モデルを配置する工程と、
前記フィラー領域の外部に存在する前記粒子モデルを削除して、前記フィラーモデルを作成する工程とを含む、
フィラーモデルの作成方法。
1. A method for creating a filler model for a numerical analysis of a filler, comprising:
A step of inputting a filler region, which is a region where the filler exists, into a computer;
and inputting an amorphous structure model in which a plurality of particle models are irregularly arranged into the computer;
The computer,
defining a filler virtual space including the entire filler region;
placing a plurality of the amorphous structure models within the virtual space for filler;
and creating the filler model by deleting the particle model that exists outside the filler region.
How to create a filler model.
前記フィラーモデルを作成する工程の後に、前記コンピュータが、前記フィラーモデルの内部の前記粒子モデルの充填率が、前記フィラーモデルの外層の前記粒子モデルの充填率よりも小さくなるように、前記フィラーモデルを改造する工程をさらに含む、請求項1に記載のフィラーモデルの作成方法。 The method for creating a filler model according to claim 1, further comprising, after the step of creating the filler model, a step in which the computer modifies the filler model so that the filling rate of the particle model inside the filler model is smaller than the filling rate of the particle model in the outer layer of the filler model. 前記フィラーモデルを改造する工程は、前記フィラーモデルの外層の充填率よりも小さい結晶構造に基づいて、前記フィラーモデルの内部の前記粒子モデルを配置する工程を含む、請求項2記載のフィラーモデルの作成方法。 The method for creating a filler model according to claim 2, wherein the step of modifying the filler model includes a step of arranging the particle model inside the filler model based on a crystal structure having a smaller filling rate than the outer layer of the filler model. 前記フィラーモデルを作成する工程は、前記フィラー領域からはみ出した前記粒子モデルを削除した後に、隣接する前記粒子モデルを結合する工程を含む、請求項1ないし3のいずれかに記載のフィラーモデルの作成方法。 The method for creating a filler model according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of creating the filler model includes a step of deleting the particle models that extend outside the filler region, and then combining adjacent particle models.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013238535A (en) 2012-05-16 2013-11-28 Sumitomo Rubber Ind Ltd Polymeric material simulation method
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018004604A (en) * 2016-07-08 2018-01-11 住友ゴム工業株式会社 Creation method of filler model
JP2020085692A (en) * 2018-11-27 2020-06-04 住友ゴム工業株式会社 Rubber material simulation method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013238535A (en) 2012-05-16 2013-11-28 Sumitomo Rubber Ind Ltd Polymeric material simulation method
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